使用 auto 和 decltype 从模板类中的函数返回引用

Question

如何强制模板类中的函数使用 auto/decltype 返回对成员变量的引用？

这是我正在尝试做的一个简单的例子。假设你有一个模板类，它在私有成员变量a_ 中存储一些东西，如下所示：

#include <iostream>

template <typename T>
class A
{
private:
  T a_;

public:
  A(T a) : a_(a) {}

  // 1. Return const reference to a_
  const T & get() const { return a_; }

  // 2. Return non-const reference to a_
  T & get() { return a_; }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  A<int> a(3);

  const auto & a1 = a.get(); // 1. Return const reference to a_
  //a1 = 4;  // Shouldn't compile
  std::cout << "Value of a = " << a.get() << std::endl;

  auto & a2 = a.get(); // 2. Return non-const reference to a_
  a2 = 5;
  std::cout << "Value of a = " << a.get() << std::endl;

  return 0;
}

预期/期望的输出是：

Value of a = 3
Value of a = 5

但是现在，假设我希望编译器推断出 A<T> 中的 const 和非 const get() 函数返回的类型，并且我想确保两个调用都返回 references 到 @987654326 @。

我目前的最佳猜测是：

template <typename T>
class A
{
private:
  T a_;

public:
  A(T a) : a_(a) {}

  // 1. Return const reference to a_
  const auto get() const -> std::add_lvalue_reference<const decltype(a_)>::type
  {
    return a_;
  }

  // 2. Return non-const reference to a_
  auto get() -> std::add_lvalue_reference<decltype(a_)>::type
  {
    return a_;
  }
};

但是编译失败。 GCC给出的第一个错误是：

decltype.cpp:11:29: error: expected type-specifier
decltype.cpp:11:26: error: expected ‘;’ at end of member declaration
decltype.cpp:11:29: error: ‘add_lvalue_reference’ in namespace ‘std’ does not name a type

这样做的动机不在于我提炼的示例代码，而是源于试图减少模板采用的参数数量，当这些参数中的一个（或多个）仅用于指定编译器应该的返回类型时（我认为）能够自行推断。注意：在现实世界中，get() 的返回类型不是a_ 的返回类型，而是某个函数f(a_) 的返回类型，我知道它可以被编译器推导出来。因此在这个例子中我需要 auto/decltype。

让我感到困惑的是，编译器可以在非模板类中使用几乎相同的代码正确推断返回类型：

class A
{
private:
  int a_;

public:
  A(int a) : a_(a) {}

  // 1. Return const reference to a_
  const auto get() const -> std::add_lvalue_reference<const decltype(a_)>::type
  {
    return a_;
  }

  // 2. Return non-const reference to a_
  auto get() -> std::add_lvalue_reference<decltype(a_)>::type
  {
    return a_;
  }
};

任何帮助理解我所缺少的东西将不胜感激。

详情：

Centos 6.5
gcc (GCC) 4.7.2 20121015 (Red Hat 4.7.2-5)

Answer 1

顺便提一下，您实际上不必使用std::add_lvalue_reference 来获得您想要的行为。这同样有效，并且在我的书中更具可读性。

template <typename T>
class A {
    private:
        T a_; 

    public:
        A(T a) : a_(a) {}

        const auto get() const -> const decltype(a_) & {
            return a_; 
        }

        auto get() -> decltype(a_) & {
            return a_; 
        }
};

int main() {
    A<int> a(1);
    cout << a.get() << endl;
    a.get() = 2;
    cout << a.get() << endl;
}

Answer 2

将a_ 包裹在尾随返回类型中的一对额外括号中，以获得表达式a_ 的类型，而不是变量a_ (Live at Coliru) 的声明类型：

// 1. Return const reference to a_
auto get() const -> decltype((a_))
{
  return a_;
}

// 2. Return non-const reference to a_
auto get() -> decltype((a_))
{
  return a_;
}

或者如果C++1y is available:

// 1. Return const reference to a_
auto& get() const
{
  return a_;
}

// 2. Return non-const reference to a_
auto& get()
{
  return a_;
}